Новое понимание клеточных "мостов" проливает свет на развитие и болезни

Большинство клеток в организмах живых существ дублируют свое содержимое и физически разделяются на новые клетки в процессе клеточного деления. Однако у многих видов половые клетки (гаметы), которые становятся яйцеклетками или сперматозоидами, не разделяются полностью. Они остаются соединенными через небольшие мостики, называемые кольцевыми каналами, и образуют кластеры.

В новом исследовании ученые из Йеля впервые раскрыли, как половые клетки плодовых мушек формируют эти кольцевые каналы. Это открытие, по их словам, даст новое понимание широко распространенной особенности развития, а также болезней, при которых нарушается клеточное деление.

Результаты были опубликованы 9 марта в журнале Developmental Cell.

Ученые наблюдали кольцевые каналы в мужских и женских половых клетках у всех типов видов — от более простых организмов, таких как губки и плодовые мушки, до более сложных животных, таких как мыши и люди. Хотя их назначение до конца не понятно, есть свидетельства, что кольцевые каналы важны для развития клеток.

"Например, у самок плодовых мушек кольцевые каналы необходимы для роста функциональной ооцита (развивающейся яйцеклетки). Если заблокировать кольцевые каналы, у самок мушек вырастают крошечные яйца, и они не могут размножаться", — говорит Линн Кули, старший автор исследования.

Однако механизм формирования кольцевых каналов оставался неясным.

Чтобы лучше понять их образование, исследователи использовали метод визуализации в реальном времени. Они пометили несколько белков кольцевых каналов у плодовых мушек флуоресцентными молекулами и с помощью микроскопа наблюдали за поведением этих белков с течением времени в половых клетках самцов и самок.

"Когда мы это сделали, мы увидели первые признаки структуры, которую мы называем срединное тело зародышевой линии", — говорит Кари Прайс, ведущий автор исследования.

Срединное тело — это структура, которая формируется во время клеточного деления, и одна из ее ролей — рекрутировать молекулы, необходимые для окончательного разделения клеток в конце процесса. В исследовании ученые обнаружили, что в половых клетках плодовых мушек формируется необычно крупное срединное тело, которое сохраняется около 20–30 минут, а затем, вместо того чтобы инициировать полное разделение, претерпевает драматическую перестройку из сферы в кольцо. Эти кольца срединного тела затем становятся стабильными кольцевыми каналами, соединяющими клетки-потомки.

Исследователи также обнаружили этот переход от срединного тела к кольцевому каналу у пресноводных полипов и мышей, что позволяет предположить, что эта особенность сохранилась в ходе эволюции.

"Увидеть, как этот твердый маленький объект превращается в кольцо — такого раньше не наблюдали в интактных живых клетках. Для нас это было очень поразительно, это был момент озарения", — сказала Кули.

Помимо того, что это открытие является важным шагом к пониманию функции и формирования кольцевых каналов, оно также может дать представление о неполном клеточном делении, которое происходит в типичном развитии у различных видов, и о болезнях, связанных с неполным делением клеток, таких как колоректальный рак, лимфома Ходжкина и некоторые синдромы иммунодефицита.

Полученные данные также могут помочь ученым понять самые истоки эволюции.

"Существуют очень примитивные существа, которые при делении образуют колонии, соединенные постоянными клеточными мостиками, очень похожие на то, что мы видим в половых клетках. Возможно, этот способ сохранения связи между клетками-потомками в колонии или кластере является началом того, как произошла многоклеточная эволюция, и, возможно, половые клетки являются отражением этого", — говорит Кули.

В дальнейшем исследователи намерены определить механизмы, которые заставляют половые клетки оставаться соединенными.

"В текущем исследовании мы увидели, что блокирование фермента под названием Citron киназа задерживало или предотвращало переход от срединного тела к кольцевому каналу. Поэтому мы более глубоко изучаем Citron киназу, чтобы понять, что именно она делает в этих клетках во время деления", — сказала Прайс.